● 摘要
浮空飞艇作为当前重要的空中基站，其导航系统除了应具有高精度、高实时性的特点外，对可靠性也提出了一定的要求。针对捷联惯导系统必须具备空中对准功能，以确保其在发生某些可修复性故障后具备恢复运行的能力，本文研究了SINS/GPS组合导航测姿系统与空中对准技术。在浮空飞艇的特定运动背景下，设计了空中对准方案，实现了粗对准和精对准算法，完成了导航测姿系统的陀螺/加速度计数据采集电路，搭建了系统样机，试验验证了空中对准算法的可行性。论文主要完成了以下工作：
(1) 研究了浮空飞艇空中粗对准算法：分析了浮空飞艇的运动特性，研究了三种GPS辅助的空中粗对准方法，通过理论分析及仿真选取满足系统指标要求的空中粗对准方法。
(2) 建立了系统非线性误差模型并分析了参数的可观测性：考虑粗对准后存在的大方位失准角，以欧拉平台误差角为基础，建立了姿态误差微分方程、速度误差微分方程及位置误差微分方程，引入GPS阻尼算法仿真验证了该误差模型的准确性。从可观测性定义出发，以原始非线性模型为对象，利用全局可观性分析方法，分析了平动情形、转动情形和平动+转动情形仅考虑惯性器件零偏情形下的惯导系统参数的可观性，并进行了仿真验证。
(3) 设计并实现了空中精对准UKF滤波算法：研究了UKF滤波算法中UT变换原理，基于复杂加性噪声及线性量测方程对UKF滤波算法进行了简化，对平动+转动情形下的大方位失准角精对准进行了仿真试验，结果表明大方位失准角下的简化UKF滤波算法是有效的。
(4) 搭建了导航测姿系统样机并对空中对准算法进行了试验验证：根据系统技术指标要求，设计了导航测姿系统总体方案，实现了陀螺和加速度计V/F数据采集电路，搭建了系统样机，进行了实验室转台试验验证与跑车试验验证，证明了空中对准算法的有效性与适用性。